Organische Chemie in der Sekundarstufe I

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1. Leitgedanken bei der Behandlung der organischen Chemie

• wenige verbindliche Kerninhalte
• exemplarische Behandlung anhand einer praxisnahen Stoffgruppe (Kontextorientierung)
• Schwerpunkt auf der Erarbeitung typischer Eigenschaften organischer Stoffe
• stark vereinfachte Darstellung der Struktur
• kein systematischer Gang durch die Stoffklassen der organischen Chemie

2. Verbindliche Kerninhalte

• Organische Chemie als Chemie der Kohlenstoffverbindungen
  - Kohlenstoff, Wasserstoff und Sauerstoff als zentrale Elemente
  - qualitative Nachweise
• C-C-Verknüpfungsprinzip
  - Grundlage für Stoffvielfalt
  - Aufbau von Makromolekülen aus Monomeren
• Struktur-Eigenschaftsbeziehungen
  - thermische Instabilität
  - Verhalten gegenüber Lösemitteln (hydrophil, hydrophob)
  - Einfluss polarer Gruppen
  - Einfluss der Kettenlänge
• Kondensation / Hydrolyse
• Strukturerarbeitung unter Reduktion auf das Wesentliche
  - keine komplexen Strukturformeln
  - keine stereochemischen Betrachtungen
  - vereinfachte symbolhafte Darstellung

3. Unterrichtliche Behandlung für alle Themenbereiche

• Kennenlernen typischer Vertreter der Stoffgruppe
• exemplarische Behandlung der verbindlichen Kerninhalte
• Erarbeitung der Eigenschaften
• praktische Bedeutung und Anwendung
• Umweltaspekte
• qualitative Analyse
• Struktur-Eigenschaftsbeziehungen
• Synthese

4. Auswahlthemen

Eins der folgenden Themen könnte in SI behandelt werden.
Darüber hinaus könnte man einfache organische Verbindungen auch schon bei der Behandlung der chemischen Bindung (Elektronenpaarbindung) einbringen (einfache Alkane, Alkene und Alkohole).
Zu den Themen sind mögliche Inhalte angegeben.

• Fette, Seifen, Waschmittel
  - Speisefette, -öle tierischer und pflanzlicher Herkunft (Gegenstandssammlung)
  - Extraktion eines Öls aus Pflanzensamen (Leinsamen, Sonnenblumenkerne)
  - Eigenschaften ermitteln: Schmelz-, Siedetemperatur, Löslichkeit in Wasser Alkohol und Benzin
  - Fette in Schokolade (Kakaobutter)
  - Brennbarkeit und damit verbundene Gefahren (Fettbrand)
  - Anwendungen in Kosmetik und Ernährung
  - Margarineherstellung
  - Nachweis von Doppelbindungen in Fetten und Ölen
  - nachwachsende Rohstoffe: Rapsöl
  - Fettspaltung und Nachweis von Glycerin
  - molekulare Struktur von Fetten und Ölen
  - Verseifung von Fetten
  - Eigenschaften von Seifen und Seifenlösungen (pH-Wert, Verhalten gegenüber Säuren)
  - Bildung von Kalkseifen
  - Wirkung von Seifen und Tensiden:
    Herabsetzung der Oberflächenspannung, dispergierende und emulgierende Wirkung
  - Zusammensetzung eines Waschmittels und Wirkung der Bestandteile

• Kunststoffe (vergleiche SII)
  - Gegenstandssammlung und Verwendung (z.B. PE, PVC, PU, PAN, PP, PS, PET)
  - Verhalten beim Erhitzen
  - Einteilung: Duroplaste, Elastomere, Thermoplaste
  - Löslichkeitsverhalten
  - Unterscheidung in der Dichte
  - Verarbeitung von Kunststoffen
  - Recycling
  - Analyse: Verbrennungsprodukte
  - Kunststoffe als Makromoleküle
  - Synthese: exemplarische Herstellung (Nylonfaden, Polyurethanschaum, Polystyrol)
  - Polykondensation, Polyaddition, Polymerisation

• Brennstoffe
  - Qualitative Analyse von kohlenstoffhaltigen Verbindungen
    Versuch: Oxidation von Paraffin mit Kupferoxid
  - Holz, Holzkohle, Steinkohle, Koks
    Versuch: Holzverkohlung
  - Erdöl, fraktionierte Destillation, Erdölprodukte
  - Kohlenwasserstoffe am Beispiel der Alkane, Bestimmung der Molaren Masse eines gasförmigen Alkans,
     Isomerie, Eigenschaften aufgrund der Struktur, Reaktionsverhalten
  - chemische Vorgänge beim Verbrennen von Alkanen, Nachweis von Kohlenstoff und Wasserstoff
  - Cracken, ungesättigte Kohlenwasserstoffe, Nachweis von Doppelbindungen
    Versuch: Cracken von Paraffin mittels Perlkatalysator
  - Kohlevergasung, Kohlehydrierung, Kohleverflüssigung
  - Brenngase: Erdgas, Kokereigas, Generator- und Wassergas, Gichtgas, Flüssiggas, Biogas
  - Kraftstoffe: Benzin, Dieselöl, Kerosin, Methanol, Ethanol, Gasohol
  - Octanzahl, Benzolproblem
  - Entzündungs- und Flammtemperatur
  - Funktion des Otto-Motors und Dieselmotors
  - flüssige Heizstoffe: Heizöl, Petroleum, Funktion eines Ölbrenners
  - Bestimmung des Heizwertes eines Brennstoffes mit einem Kalorimeter (Beispiel)
  - Energieumwandlungen, Primär-, Sekundär-, End- und Nutzenergie
  - Umweltaspekte, Schonung von Ressourcen, alternative Energiequellen, Kohlenstoffdioxidkreislauf

• Organische Säuren
  - Essig als Haushaltsprodukt
  - Eigenschaften (pH-Wert) und Reaktionen von Essig (mit Metallen, Calciumcarbonat)
  - vom Ethanol zur Essigsäure (Essigsäuregärung)
  - Bestimmung des Anteils von Essigsäure im Weinessig über Titration mit Natronlauge
  - Gründe für die Acidität von Essigsäure (Anwendung der EN-Werte)
  - vom Ameisenbiss zur Ameisensäure
  - weitere in der Natur vorkommenden Säuren: Oxalsäure, Milchsäure, Citronensäure, Weinsäure
  - Struktur, Eigenschaften und Reaktionen dieser Säuren (z.B. Reaktion von
     Oxalsäurelösung mit Calciumchloridlösung)
  - Gewinnung von Citronensäure aus Zitronen (Fällung mit Calciumhydroxid,
     Reaktion des Calciumcitrats mit Schwefelsäure, Auskristallisation)
  - Anwendung von Citronensäure im Brausepulver (Reaktion mit Natriumhydrogencarbonat)
  - Sorbin- und Benzoesäure als Konservierungsstoffe
  - Salicylsäure und Aspirin (Synthese, Spaltung)

• Kohlenhydrate (vergleiche SII)
  - Eigenschaften von Traubenzucker
  - Erhitzen von Traubenzucker (Nachweis von Kohlenstoff und Wasser)
  - Nachweis von Einfachzuckern (Fehling, Glucotest)
  - Löslichkeiten in Wasser und Ethanol (Benzin)
  - Hydrolyse von Saccharose
  - Vorkommen und Eigenschaften von Stärke
  - Mikroskopieren von Kartoffelstärke, Weizenstärke
  - Stärkenachweis mit Jodlösung
  - Spaltung von Stärke mit Säuren / Enzymen (Arbeitsblatt)
  - alkoholische Gärung
  - praktische Bedeutungen:
    Zuckergewinnung aus der Rübe (Arbeitsblatt)
    Verwendung von Stärke 
  - Cellulose als Makromolekül und ihre Bedeutung für die Papierherstellung

Literatur:

• Literaturverzeichnis
• Kohle
  Praxis der Naturwissenschaften - Chemie in der Schule 1/2009, Aulis Verlag